制程原理与基础

黄光制程的主要目的为何？

将光罩 (mask/reticle) 上的图形转印到晶圆上的光阻层，作为后续蚀刻或镀膜的图案转移基础。

为什么叫「黄光」？

因为曝光光源为紫外光 (UV)，而光阻对 200–450 nm 的光敏感，为避免环境光造成光阻曝光，无尘室需使用大于500nm 波长的灯源,绿光(500-550nm),黄光(550-610nm),红光(610-780nm)皆可使用.绿光与红光亮度不足，显色性差，对人眼不舒适。而黄光兼具安全性与人眼可视舒适度，因此成为无尘室的主流照明。

黄光制程流程步骤是什么？

1. 晶圆清洗（Wafer Cleaning）
    去除晶圆表面的有机物、金属离子、颗粒、自然氧化层等污染物，以确保后续制程的可靠性与良率
2. 涂布光阻 (Photoresist Coating， Spin Coating)
    在晶圆表面旋转涂布光阻 (PR)，形成均匀薄膜。依需求选择正光阻或负光阻。
3. 软烘 (Soft Bake， Prebake)
    在热板上加热（约90~120℃），去除溶剂，增加光阻附着性与膜厚均匀性。
4. 对准曝光流程」（Alignment & Exposure Process）
    把光罩上的图案精确转移到晶圆上,并且要跟前一层图形正确对准,确保多层电路能精密堆栈
    使用光罩 (Mask/Reticle) 与曝光机 ,将电路图形转移到光阻层。
5. 后烘 (Postbake， Hard Bake / PEB)
    显影后进行烘烤，增加光阻与基材的黏着性，改善抗蚀刻能力，并减少残余溶剂。
6. 显影 (Development)
    将光阻放入显影液中（碱性水溶液），使曝光区或未曝光区（取决于正、负光阻）被溶解，留下图案。
7. 图形检查 (Pattern Inspection / Review)
    主要是确保光阻图案是否正确转移，没有缺陷，并符合线宽/对准精度的规格。
8. 硬烤 (Hard Bake)
    目的是让光阻图形更坚固，增加耐蚀刻与耐高温的能力。
9. 蚀刻 (Etching) 或 离子植入 (Ion Implantation)
    依需求进行干蚀刻 (Dry Etch) 或湿蚀刻 (Wet Etch)，将图案转移到下层薄膜或基板。
10. 去光阻 (Photoresist Stripping)
    使用化学溶液或等离子方式去除残留光阻，完成图案转移

常用的曝光光源有哪些？

• 传统紫外光（UV,Ultraviolet): G-line (436 nm) ,H-line (405 nm) .I-line (365 nm)
• 深紫外光（DUV, Deep UV）:KrF 激光（248 nm）,ArF 激光（193 nm）
• 极紫外光（EUV, Extreme UV）:EUV 光源（13.5 nm）

正光阻与负光阻的差别？

正光阻：曝光区溶解 → 显影后留下未曝光区。
负光阻：曝光区交联硬化 → 显影后留下曝光区。

光阻剂(PR)成分的作用为何？

光阻剂的主要组成为酚醛树脂(Novolac Resin)与感光物重氮萘(Diazo-naphtho-quinon; DNQ)。酚醛树脂在碱性显影剂水溶液中相对容易溶解，但当添加DNQ时，由于DNQ分子的疏水性及其与树脂间的氢键作用力，会使酚醛树脂+DNQ的光阻组成，在显影液中的溶解速率降低，此时，DNQ扮演溶解抑制剂的角色。而当DNQ在紫外线照射下与水发生反应时，它会释放氮气，并形成羧酸(Indene Carboxylic Acid; ICA)，羧酸基的亲水性使其转换成溶解促进剂，增加了光阻在碱性溶液中的溶解度。
光阻剂的主要组成为酚醛树脂(Novolac Resin)与感光物重氮萘(Diazo-naphtho-quinon; DNQ)。酚醛树脂在碱性显影剂水溶液中相对容易溶解，但当添加DNQ时，由于DNQ分子的疏水性及其与树脂间的氢键作用力，会使酚醛树脂+DNQ的光阻组成，在显影液中的溶解速率降低，此时，DNQ扮演溶解抑制剂的角色。而当DNQ在紫外线照射下与水发生反应时，它会释放氮气，并形成羧酸(Indene Carboxylic Acid; ICA)，羧酸基的亲水性使其转换成溶解促进剂，增加了光阻在碱性溶液中的溶解度。

消除驻波效应的方法有几种？

光在光阻与基板（或光阻与空气界面）之间来回反射，造成干涉，最后在光阻厚度方向产生强弱相间的光强分布，导致显影后图案边缘有周期性条纹 (swing curve / standing wave pattern) 常见改善方法。
1. 使用抗反射层(anti-reflective coating, ARC)來减少晶圆表面的反射。
2. 在光阻内添加染料可减低光的反射强度， 以降低驻波效应的形成。
3. 利用曝后烤(PEB Post-Exposure Bake），來消除驻波效应，曝后烤时会将光阻加热到玻态转换温度，此时光阻会变软并稍具流动性，而锯齿狀的表面由于应力较大，因此光阻的分子便会重新排列，变成应力较小的平滑表面。曝后烤的温度通常介于软烤与硬烤之间。

曝光剂量(Dose)与线宽的关系为何？

曝光剂量的定义
曝光剂量 (Dose, 单位：mJ/cm²) = 光强度 (mW/cm²) × 曝光时间 (sec)。
1. 剂量过低 (Underdose)
光阻曝光不完全 → 感光不足。
对 正光阻 (Positive PR) → 线条会变 偏粗 (CD > 设计值)，因为未充分曝光区域不容易被显影液溶解。
对 负光阻 (Negative PR) → 线条会变 偏窄(CD <设计值)，因为曝光不足导致交联不完全。
2. 剂量过高 (Overdose)
光阻曝光过度 → 显影时多余区域被去除。
正光阻：线条会变 偏窄 (CD < 设计值)。
负光阻：线条会变 偏宽 (CD > 设计值)。

为什么曝光机的光强均匀度这么重要？

如果光照不均匀，光阻上的剂量就会不一致，造成线宽变化 (CDU, Critical Dimension Uniformity) 增大，直接影响到产品良率。

LED 相较汞灯的优点为何？

• 波长单一且稳定：发射光接近单色光（窄波段），可精准控制曝光光谱。减少驻波与干涉效应，改善曝光均匀性。
• 高效率与低能耗：光电转换效率高，产生相同光强下耗能较低。减少制程散热需求，节能且稳定。
• 长寿命：寿命通常可达数万小时。不易衰减，减少频繁更换与维护成本。
• 实时启动：无需暖机，打开即达全亮度。适合需要快速启停或精密曝光制程。
• 光束可控性强：容易设计聚光、均光、准直或特定形状光束。方便与光学系统整合，改善曝光精度。
• 环保安全：不含汞，不会造成汞污染。对操作人员与环境更安全。
• 稳定性高：光输出受温度、电压影响小。适合需要高重复性与精密控制的制程

在先进制程中，为什么 EUV (13.5 nm) 要取代 193 nm ArF 光刻？

当线宽缩小到 7 nm 以下时，193 nm 光源即使配合多重曝光，分辨率和成本还是受到限制；EUV 的波长更短，可以一次性形成更细的图形，提升效率与精度。

电子束曝光 (e-beam lithography) 和紫外光曝光最大的差异在哪？

电子束是用电子直接写图，分辨率非常高，可以做到 sub-10 nm，非常适合用在掩模制作或研发。但速度慢，产能无法和光学曝光相比，因此不适合大规模量产。

曝光与对位技术

不同曝光方式的分辨率与光罩耐用度比较

1. 分辨率:Vacuum+Hard contact>Vacuum contact>Hard contact>Soft contact>proximity
2. 光罩耐用度:proximity>Soft contact>Hard contact>Vacuum contact>Vacuum+Hard contact

曝光模式分为几种？

曝光模式可分为soft contact ,hard contact. proximity.和vac. contact四种。

机台曝光前的接触模式分别是什么意思？

Soft Contact：Chuck平台上升至平整高度，Wafer 与 Mask 贴紧
HardContact：Chuck平台上升至平整高度，Wafer 与 Mask 贴紧，并将Wafer真空解除，改吹正压氮气，使Wafer 与 Mask 更加紧密接触
Vacuum Contact：先在Chuck平台上安装真空环，Chuck平台上升至平整高度，Wafer 与 Mask 贴紧，并将Wafer真空解除，Chuck平台由真空气孔抽气，创造真空环境。
Proximity：Chuck平台移至设定的对位高度，Wafer 与 Mask 有间隙

基板&光罩整平基本原理是甚么？

基板放置于一整平机构上，整平机构为三点过压装置与锁缸装置，当基板上升触碰到光罩时，此机构如弹簧般触碰光罩并与其贴平，后锁缸装置会将此机构活动部分固定住，即可保值稳定的平整效果。

如何实现对位、曝光GAP控制？

整平机构放置于一组Z轴上下驱动装置，当整平机构平整并锁固，Z轴驱动装置可一照设定值上下移动，使基板与光罩间达到可控的间隙。

曝光机中的 Overlay 精度是什么意思？

Overlay 指的是新一层电路图形与前一层之间的对位误差。如果误差太大，可能导致线路偏移或短路。在 7 nm 以下的制程，对 Overlay 的要求特别严格。

什么是接触式曝光机的自动对位？

自动对位是一种利用光学系统与影像辨识技术，将光罩 (Mask) 上的图形与晶圆 (Wafer) 上已存在的图形自动对准的功能。它可以大幅提升对位精度与效率，避免人工误差。

为什么自动对位在接触式曝光机中很重要？

接触式曝光机常用于多层制程，如果上下层图形无法精确对准，产品就可能失效。自动对位能确保图形层层精准重迭，提升良率，并减少人工调整时间。

自动对位的精度大约是多少？

现代自动对位系统正面对位精度通常可达 ±0.5 微米 以内，背面对位精度可达±1 微米 以内 足以满足 MEMS、光电、PCB 及部分半导体应用的需求。

自动对位如何运作？

设备会先透过光学镜头拍摄晶圆上的对位标记 (Alignment Key)，再与光罩上的对位标记 (Alignment Mark)比对，并自动计算出最佳位置，最后由平台进行微调，使两者准确重迭。

自动对位相比人工对位的优势是什么？

速度快：自动演算，大幅缩短调整时间
精度高：避免人工视觉判断误差
稳定性佳：每片晶圆皆能保持一致精度
适合大量生产：提升制程良率

自动对位系统是否适合所有制程？

对于需要多层结构的产品（如 MEMS、生医芯片、LED、光电器件），自动对位是非常必要的功能。但如果是单层或图形要求不高的应用，则可以选择人工对位以降低成本。

我们公司的自动对位系统有什么特色？

我们的自动对位系统具备：
• 高分辨率影像辨识，对位精度可达亚微米等级
• 多种对位算法，适应不同图形与材料
• 友善操作接口，支持全自动或半自动模式
• 高稳定性设计，适合长时间量产式

光阻、涂布、显影与清洗

Spin coating 涂布光阻时，影响膜厚的主要因素？

转速 (rpm)、溶液黏度、时间、环境温湿度。

Bake 的种类及作用是什么？

1. Soft bake：去除溶剂、提升附着力。
2. Post-exposure bake (PEB)：让光酸扩散，提升分辨率。
3. Hard bake：增加抗蚀刻性、强化膜强度。

各种显影方式的优缺点为何？

1. IMERSSION (浸液)，通常配合循环或超音波，加速显影。均匀性高，化学耗用多，适用大尺寸面板
2. DIPPING (浸泡)，液体覆盖完整，容易造成化学浪费，适合批量生产。
3. Spin-Puddle(水坑式)，先在晶圆表面滴显影液，停留一段时间（浸泡），再旋转甩掉多余液体，液体消耗少，控制时间及旋转速度需精准
4. Spin-Spary(旋喷)，适合大尺寸晶圆或面板制程，可以快速完成显影，设备复杂，喷嘴设计需精准，旋转速度与喷洒速率需同步控制。

光阻涂布设备(Spin Coater)需考虑那些作业参数？

膜厚均匀性、转速控制精度

显影设备(Developer)，需考虑那些作业参数？

显影液均匀分布能力、显影时间与干燥温度控制精度

清洗设备(Rinsing)需考虑那些作业参数？

清洗方式（如湿式、干式、超音波或旋转清洗）、颗粒去除率。